JPS5932908B2 - 短時間放電レ−ザ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２本の細長い電極間に短時間放電させるレー
ザに関する。

このようなレーザにおいて、一般に光放出の方向は共振
光学空胴によつてではなく主に光増幅の生じる空間の形
状によつて決定される。

放出の主な方向はしたがつて、光が非常に長い時間にわ
たつて増幅される方向、すなわち２本の細長い電極間に
位置するチヤネルの方向に沿うのである。問題は発散の
できるだけ小さな光放出が得られるかどうかである。こ
の問題は進行波型の短時間放電を行なうレーザの場合に
特に生じてくる。

このようなレーザは、従来では、放物線の縁部を有する
導電性表面の平板伝送線路と、放物線短絡回路の焦点に
ふたつの導電性表面を置いて線路を荷電した後そこで同
心円に進行する電波を発生させその電波を縁部での反射
によつて平面波に変換させるようにしたスパークギヤツ
プと、端部を２本の細長い電極で構成し中に窒素のよう
なガスを封入した方形のスロツトを有し導電性表面の一
方を中断させることによつて構成したレーザチヤネルと
を備えている。このチヤネルは放物線の軸に対してある
角度で配置され、２本の対向電極は伝送線路の荷電用誘
導コイルによつて電気的に接続してある。したがつて局
部的な電気放電が電極間で得られ、これが光速度でチヤ
ネルに沿つて動き、窒素の高速励起を生じさせるのであ
る。この励起は放電領域と共に進んで進行光波の選択増
幅を可能にするものである。

このようなレーザは、Ｍ．Ｂ．ＧＯＤＡＲＤによる論文
「ＡｓｉｍｐｌｅｈｉｇｈｐＯｗＯｒｌａｒｇｅｅｆｆ
ｉｃｉｅｎｃｙＮ２ｕｌｔｒａｖｉＯｌｅｔｌａｓｅｒ
」、１．Ｅ．Ｅ．Ｅ．，ＪＯｕｒｎａｌＯｆＱｕａｎｔ
ｕｍＥｌｅｃｔｒＯｎｉｃｓ，．ＱＥ−１０，．．４６
２、１９７４年、２月、１４７−１５３ページに詳述さ
れている。進行電気放電を生じさせる電極は、研摩され
、縁部が丸みをもつた平板平行表面の形を有している。
このような形状は、実際のところ、点弧電圧が充分に決
められた値にあり電極が消耗しないような場合に、２本
の電極間に電気放電を生じさせるには、簡単なものであ
り普通のものである。このようにして得られたパルスレ
ーザビームは平行ではなく発散を有するが、ビームの進
路にレンズを置くことによつて部分的に排除することが
できる。このレンズはレーザチヤネルの第１端部、すな
わち電気放電が開始して光波がチヤネルに沿つて増幅さ
れる領域に一致した焦点を有している。しかし、残りの
発散はまだ障害となつて、ビーム中に置いた光学装置に
より十分修正することはできないのである。本発明の実
施例によれば、２本の細長い電極間に短時間放電を生じ
させて発散の少ないビームを得るようにしたレーザが提
供される。

本発明によれば、電気放電によつて励起されたときに光
を増幅できるガスが封入される囲い体と、この囲い体内
に配設され第１端部から第２端部にわたつて細長いレー
ザチヤネルの両端を構成する隣接面を持つた２本の平行
に延在された電極と、この電極の面の間に短時間の放電
を発生させることによつて前記チヤネルの第１端部に現
われて前記第２端部の方へ伝播する光波を励起ガスを通
りながら増幅して囲い体の適当な場所に設けた窓を通し
て放出するよう動作する電気装置とを備えたレーザにお
いて、焦点をチヤネルの第１端部にほ？？一致させた集
束光学系をチヤネルの第２端部を出る光の進路に配置し
、前記電極の個々の隣接面の形状を、チヤネルに直角な
平面にとつた断面で見て、互いの電極の方に向けられた
先端が丸みをもたせたものであるとし、それによつてレ
ーザｉ作中チヤネルづたいに斜めに伝播して両方の電極
から反射されるあらゆる光をチヤネルの外側に反射させ
てそのような光の増幅がないようにした短時間放電レー
ザを提供することができる。

短時間放電進行波レーザは公知のもので、その電極は、
活性ガスを含むチヤネルに直角な平面による断面で見る
と、丸くなつた先端形状を有している。

Ｄ．Ｂａｓｔｉｎｇ他による論文「Ａｓｉｍｐｌｅｈｉ
ｇｈｐＯｗｅｒｎｉｔｒＯｇｅｎｌａｓｅｒ」を発表し
た英国の定期刊行物１０ｐｔ０Ｅ１ｅｃｔｒ０ｎｉｃｓ
ＪＶ０１．４、．４６１、１９７２年、２月、４３−４
９ページを見ると、そこに記載のレーザは一方向に６６
ミリラジアン、他の方向に２６ミリラジアンの大きな発
散を有するビームを放出している。したがつて、ここで
はレーザの出力ビームの発散を減らすことは何ら考察さ
れていないのである。本発明の有効性は、ガスの励起エ
ネルギの一部が電極の接近した面の平坦部分での連続反
射によりレーザチヤネルの中で斜めに伝播する光波を増
幅させるために使われていることから公知の短時間放電
レーザでは発散を減らすことのできない部分が必ずあつ
たことにある。

以下添付図面に例示した本発明の好適な実施例について
詳述する。

第１図及び第２図において、このレーザは細長い囲い体
２を包含する。

この囲い体２は、メチルポリメタクリレートによつて作
られ、３０ないし６０ミリバールの間のたとえば５０ミ
リバールの圧力の窒素が入れられる。２本の細長いステ
ンレス鋼製の電極４及び６は囲い体２の中で互いに平行
に配置され、長さが９０Ｃ！ＲＬのレーザチヤネル８の
縁部を構成している。

平板伝送線路は、一方の縁部が放物線１４を成している
２枚の薄い銅シート１０及び１２によつて形成され、こ
れらシートは厚さが７５ミクロンのポリエステル又はポ
リイミド絶縁シート１６によつて分離されている。

シート１０の他方の縁部は電極４に接触されている。銅
製の他のシート１８はシート１０の延長上に置かれ、そ
の一方の縁部は電極６と接触されている。このシート１
８は誘導コイル２０によつてシート１０に接続してある
。電気発生器２２はこのように形成した平板伝送線路を
１ないし１０ＫＶの電圧、たとえば５ｋＶの電圧に荷電
する。放物線１４の焦点上に置かれたスパークキヤツプ
２４は、シート１０を突然に薄板１２へ接続させること
によつて伝送線路の放電を生じさせる。

この結果伝送線路内に電波が発生する。この波は最初同
心円状であるが、放物線１４に反射することによつて、
その放物線の軸に直角であつてチヤネル８に向う放物線
の軸に平行に伝達する直進波となる。チヤネル８に達す
ると電極４及び６の間で短時間の電気放電が生じる。電
波の進行方向に関してチヤネル８が傾斜していることに
より、放電はチヤネル８の第１端部２６から第２端部２
８へ光の速度で伝達される。

したがつて、第１端部２６に現われ第２端部２８に向つ
て進む光波は電気放電と共に進む。その光波が３３７１
オングラストロームの波長を有するとすれば、その光波
は電気放電によつて励起された窒素によりチヤネル８の
全長にわたつて増幅される。一方、同じ波長を有するが
伝達方向のほとんど異なる方向の光波は非常に短い径路
でしか増幅されない。増幅された波は第１端部２６から
始まるので、平行出力ビームを得るために焦点を第１端
部２６に一致させた集束レンズ３０が使われる。

それでも、光波は電極４及び６によつて反射され、これ
がチヤネル８の軸と僅かな角度を成し、これにより電気
放電の速度に非常に近い伝播速度がチヤネル８の方向に
与えられるので、ビームの発散が残ることになる。した
がつて３３７１オングスロームのこの適当な波長を有す
るこれらの波もまたチヤネル全長にわたつて増幅される
。第３図で示すように電極４及び６の形状は反射及びス
プリアス増幅を避けることができるようにされている。

これら電極の個々は研摩され、その断面において他方の
電極の方に向いた先端又は突端は丸みを有している。丸
みをつけた先端の曲率半径（たとえば１１１）は、突端
間に存在するチヤネル８の幅（たとえば６又は７７！Ｔ
ｍ）のｌ以下にするのがよい。

しかしこの半径はチヤネル幅の２（Ｆ６以下であつては
ならない。各先端は好適には１２０６ないし１７０はの
円弧を形成しているため、電極の厚さはチヤネル８から
離れる方向に従つて厚くなつている。この先端を越える
と、これら電極は厚さ５１！の平坦部分の一般形状を有
し、かつシート１０，１２及び１８の平面に平行なふた
つの面を有する。シートから最も離れた面（たとえば４
０）は丸みをつけた先端までの方向と平行としてある。
他の平面（たとえば４２）は４４のような縁部を成すシ
ート１０（又はシート１８）の縁部までそのシートと接
触している。その端部を越えると前記他の平面は丸みを
つけた先端に向つてシートの平面から離れる方向に延び
ている。これは放電領域を絶縁シート１６から離れる方
向に移動させうるものである。

この放電領域は丸みをつけた先端間に点線によつて示し
てある。弾性体のシート１０，１２，１６及び１８はア
センブリの機械的剛性を保証するため支持体４６の土に
固定してある。支持体４６は、シート１０及び１８と接
触している電極４及び６の下の部分であつて符号４４の
ような縁部の近傍に切られたふたつのみぞを有している
。

このみぞには、シート１０，１２，１６及び１８から成
るアセンブリを電極４及び６に対して弾性押圧し、かつ
電極４及び６とシート１０及び１８との間の適度の接触
を与える手段を配設してある。

これらの手段は弾性管４８及び５０によつて構成してあ
る。一方、支持体４６は囲い体２の内部空間に隣接して
くぼみ５２を形成し、シート１６及び１２をチヤネル８
から離すようにしている。

このことはくぼみ５２の底部を図示しない真空ポンプと
連通させることにより保証している。上述したレーザは
レンズ３０を使つて０．３ミリラジアンの発散を有する
ビームを得ることができる。

一方、もし電極に通常形式のものが使用されたとすれば
、発散は同じようなレンズを使えば約１０ミリラジアン
のものとなろう。光パルスの持続時間は一般に２ないし
１２ナノ秒である。スパークギヤツプ２４で発生した同
心円状の波が直接レーザチヤネル８に到達しないように
、スパークギヤツプの近くに反射器を配設することは時
々有効である。それでも、この予防策は、直接波が放物
線によつて反射された波とほとんど同時にチヤネルに達
するので、必須のものではない。金属シート１０及び１
２の間に印加すべき電圧の選択の問題に関し、一定の圧
力の下においてはこれらの電圧が低ければ低いほど電極
４及び６の間の距離を短かくできることに注目すべきで
ある。好適には９ｍｍ以下にするのがよく、これにより
ビームの残留発散をさらに減らすことが可能となる。圧
力は、３０及び６０ミリバールの間が非常に有利である
。電気放電のエネルギは極端に減らすことができないの
で、シート１０及び１２の間の距離を短かく、たとえば
絶縁シート１６の厚さを１３０ミクロン以下に選択する
とよい。好適な実施例では、７５ミクロンの厚さに対し
て６．７ｍｍの電極間距離で５ｋＶの電圧が適当である
。しかし、実際には、電極間の距離を２ｍｍ、シート１
６の厚さを２５ミクロンとすることにより電圧を１ｋＶ
まで下げることができる。以上本発明を、レーザチヤネ
ルに電気放電を生じさせ、平板伝送線路に放物線状の縁
部を有するものの好適な実施例について詳述したが、伝
送線路の他の形式もまた使用できることを理解すべきで
ある。

たとえば、電気エネルギを個別部品であるコンデンサの
組に蓄えでおくことが可能なのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は部分断面の進行波レーザを示す平面図、第２図
は第１図のレーザの断面図、第３図は電気放電が生ずる
電極間を示した図であつてレーザチヤネルに対して垂直
に切つた拡大断面図である。 ２・・・・・・囲い体、４，６・・・・・・電極、８・
・・・・・チヤネル、１０，１２，１８・・・・・・シ
ート、１４・・・・・・放物線、１６・・・・・・絶縁
シート、２０・・・・・・コイル、２２・・・・・・電
気発生器、２４・・・・・・スパークギヤツプ、２６，
２８・・・・・・縁部、４０，４２・・・・・・平面、
４４・・・・・・縁部、４６・・・・・・支持体、４８
，５０・・・・・・弾性管、５２・・・・・べぼみ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気放電によつて励起されたときに光を増幅できる
   ガスが封入される囲い体２と、この囲い体内に配設され
   第１端部２６から第２端部２８にわたって細長いレーザ
   チャネル８の両端を構成する隣接面を持つた２本の平行
   に延在させた電極４、６と、この電極の面の間に短時間
   の放電を発生させることによつて前記チャネルの第１部
   端に現われて前記第２端部の方へ伝播する光波を励起ガ
   スを通りながら増幅して前記囲い体の適当な場所に設け
   た窓を通して放出するよう動作する電気装置１０、１２
   、１６、１８、２０、２２、２４とを備えたレーザにお
   いて、焦点を前記チャネルの第１端部２６にほぼ一致さ
   せた集束光学系３０を前記チャネル８の第２端部２８を
   出る光の進路に配置し、前記電極４、６の個々の前記隣
   接面の形状を、前記チャネルに直角な平面にとつた断面
   で見て、互いの電極の方に向けられた先端が丸みをもた
   せたものであるとし、それによつてレーザの動作中チャ
   ネルづたいに斜めに伝播して両方の電極から反射される
   あらゆる光をチャネル外側へ反射させてそのような光の
   増幅がないようにしたことを特徴とする短時間放電レー
   ザ。 ２ 前記丸みをもたせた先端の曲率半径を前記レーザチ
   ャネルの幅の２％ないし２５％の間にとつたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ。 ３ 前記丸みをもたせた先端の側面はほぼ平らであつて
   、前記先端の終りを成す円弧と接がつており、しかも互
   いに１２０°ないし１７０°の間の角度にあることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のレーザ
   。 ４ 電極間に放電を発生させる前記電気装置は動作中、
   放電がチャネルの第１端部付近で開始して光の伝播速度
   とほぼ同じ速度で第２端部に向つて伝播するように配置
   され、これによつて光は進行する放電と共に進行すると
   同時にチャネルの長さに沿つて選択的に増幅されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項
   記載のレーザ。 ５ 放電を発生させる前記電気装置は絶縁シート１６に
   よつて分離された２枚の金属シート１０、１２、１８と
   、一方のシートを他方のシートに関して荷電する装置２
   ２と、シートによつて定められた平板伝送線路に進行電
   波を点弧させる装置２４とを備え、前記金属シートの一
   方１０、１８はふたつの部分１０、１８に分割されその
   分割した各端部に沿つて細長い電極４、６がそれぞれ接
   続されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第４項のいずれか１項に記載のレーザ。 ６ 前記絶縁シートは１３０ミクロン以下の厚さとした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のレーザ。 ７ 前記細長い電極は９ｍｍ以下の距離に離したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれ
   か１項に記載のレーザ。 ８ 前記囲い体は３０ないし６０ミリバールの圧力で光
   を増幅することのできるガスを封入したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項に
   記載のレーザ。